Structures cellulaires à gradient fonctionnel bio-inspirées pour des matériaux ultralégers et à haute résistance

Ce travail explore la conception de matériaux architecturés bio-inspirés en s’appuyant sur le squelette hiérarchique de l’éponge de verre Euplectella aspergillum, modèle de légèreté et de robustesse. L’objectif est de transposer ses principes d’optimisation naturelle en architectures mécaniquement performantes, conçues paramétriquement et fabriquées par dépôt de filament fondu en PLA. La méthodologie intègre modélisation géométrique sous Grasshopper, essais mécaniques de traction et compression, et analyses par éléments finis sous Abaqus pour établir une corrélation entre paramètres topologiques, densité relative et propriétés mécaniques. Les résultats montrent que la topologie influence fortement la rigidité, la stabilité et les modes de déformation, les diagonales internes renforçant la résistance multiaxiale et retardant la localisation des contraintes. En compression, certaines configurations bio-inspirées présentent une réponse mécanique plus homogène et une dissipation d’énergie accrue grâce à une déformation progressive et contrôlée. L’introduction d’un gradient de densité, inspiré du bambou, améliore la stabilité post-flambement et la continuité de la déformation, révélant une synergie entre structure hiérarchique et gradation matérielle. L’étude valide un modèle numérique prédictif et met en évidence le potentiel des métamatériaux gradués pour combiner légèreté, rigidité et résilience. À terme, ces approches hybrides ouvrent la voie à des matériaux adaptatifs multi-échelles pour applications structurelles avancées.